기생 추출

기생 추출은 전자 설계의 핵심 프로세스입니다. 여기에는 물리적 구성 및 주변 환경과의 상호 작용으로 인해 회로 설계에서 자연적으로 발생하는 의도하지 않은 비이상적인 전기 컴포넌트를 식별하고 정량화하는 작업이 포함됩니다. 기생 요소로 알려진 이러한 원치 않는 컴포넌트에는 일반적으로 기생 커패시턴스, 저항, 인덕턴스가 포함됩니다. 이 프로세스에는 회로의 전자기 동작을 모델링하고 시뮬레이션할 수 있는 정교한 소프트웨어 도구의 자세한 해석이 포함됩니다. 이러한 도구는 기생 장치가 신호 무결성, 타이밍, 전력 소비, 전체 기능에 미치는 영향을 포함하여 회로 성능에 어떤 영향을 주는지 예측합니다.

관련 제품: Calibre xRC, Calibre xACT Parasitic Extraction, Calibre xL Extraction, Calibre xACT 3D Parasitic Extraction

회로 요소

이 섹션에서는 기본 회로 요소와 그 기능, 응용 분야의 예를 설명합니다. 기본 회로 요소는 다음과 같습니다.

커패시턴스:

커패시턴스는 시스템의 두 도체 사이에 전위차가 있을 때 전하를 저장하는 시스템 기능입니다. 실제 회로에서 이 특성은 커패시터라는 컴포넌트를 통해 나타납니다. 커패시터는 절연 물질 또는 유전체로 구분된 두 개 이상의 전도성 플레이트로 구성됩니다.

• 기능성: 커패시터는 전기 에너지를 플레이트 사이 정전기장으로 직접 저장합니다. 이는 회로에서 필요할 때 저장된 전하를 방전하여 에너지를 방출합니다.
• 응용 분야: 보통 에너지 저장 장치로 사용되지만, 전압 변동을 완화하는 필터링 응용 분야, 공진 회로 튜닝, 전자 장치 전력 흐름 관리에도 사용됩니다.

인덕턴스:

인덕턴스는 전기 도체를 통해 흐르는 전류의 변화가 도체 자체(자체 인덕턴스)와 가까운 도체(상호 인덕턴스) 모두에서 기전력(전압)을 유도하는 전기 도체의 속성입니다. 인덕터는 인덕턴스를 나타내는 회로 컴포넌트로, 보통 전도성 와이어 코일로 구성됩니다.

• 기능성: 인덕터는 인덕터를 통과하는 전류 변화에 저항합니다. 또한 전류가 흐를 때 자기장의 형태로 에너지를 저장합니다.
• 응용 분야: 이 인덕터는 필터, 변압기, 전원 공급 장치 조절에 사용하여 변동하는 전압을 관리합니다.

저항:

저항은 전류의 흐름을 방해하는 물질의 속성입니다. 즉, 전자의 흐름에 반대되는 물질의 고유한 속성입니다. 레지스터는 특정 저항을 제공하기 위해 회로에 사용하는 컴포넌트입니다.

• 기능성: 레지스터에 전류가 통과할 때 전기 에너지를 열로 변환합니다. 이를 통해 전하의 흐름을 조절하거나 신호 레벨을 조정합니다.
• 응용 분야: "레지스터는 전류를 제한하고, 전압을 나누며, 회로의 풀업/풀다운 노드를 배치하는 데 널리 사용됩니다.

회로의 일반적인 연결은 다음 두 가지 범주로 요약할 수 있습니다.

직렬 연결: 직렬 연결은 컴포넌트가 엔드 투 엔드 방식으로 연결되어 동일한 전류를 전달하지만 각각의 전압이 다를 수 있는 연결입니다. 직렬 저항의 총 저항은 개별 저항의 합과 같습니다.

병렬 연결: 병렬 연결은 컴포넌트가 동일한 두 지점에 걸쳐 연결되어 잠재적으로 다른 전류를 전달하지만 동일한 전압이 적용되는 연결입니다. 동시에 저항과 인덕턴스는 감소하는 반면 더 많은 컴포넌트가 추가되면서 정전 용량은 증가합니다.

이러한 기본 속성을 이해하고 조작하면 엔지니어가 원하는 동작으로 회로를 제작하고 특정 응답을 확보하며 전자 응용 분야에서 안정성과 효율을 보장할 수 있습니다. 이는 복잡한 전자 시스템 개발 기반이 됩니다.

기생 요소

기생 요소는 회로 구성의 고유한 물리적 특성으로 인해 의도하지 않은 컴포넌트로 나타납니다. 예:

기생 커패시턴스: 이는 인접한 도체가 실수로 정전 용량 효과를 만들어 의도치 않게 전기 에너지를 저장할 때 발생합니다.

기생 인덕턴스: 이 현상은 회로 루프가 실수로 전자석으로 작동하여 회로의 전류 흐름에 영향을 줄 때 발생합니다.

기생 저항: 마찰이 움직임을 방해하는 것처럼, 회로의 일부가 전기 흐름에 원치 않는 저항을 가할 때 나타납니다.

왼쪽에서 오른쪽으로: 기생 커패시턴스, 기생 인덕턴스, 기생 저항의 표현

규칙 기반 기생 추출 도구

규칙 기반 기생 추출 도구는 기하학적 및 전기적 속성을 기반으로 사전 정의된 규칙과 알고리즘을 통해 기생 효과를 추정합니다. 이러한 도구는 간단한 기하학적 매개변수(예: 너비, 간격)와 연결 정보를 적용하여 기생 요소를 빠르게 추정합니다. 규칙은 경험적 데이터와 기본 전기 원리에서 파생됩니다. 가장 큰 장점은 속도입니다. 이러한 도구는 컴퓨팅 성능이 덜 필요하고 대규모 회로를 빠르게 처리할 수 있으므로 예비 검사와 복잡도가 낮은 설계에 이상적입니다. 규칙 기반 도구는 일반적으로 비이상적인 동작이 더 중요한 고주파 또는 고급 반도체 설계에 대한 정확도가 부족합니다. 빠른 속도와 낮은 계산 비용이 우선시되는 초기 설계 단계나 중요도가 비교적 낮은 응용 분야에 더 적합하지만 정확도는 낮습니다.

예제 도구: Siemens의 Calibre xRC 및 Calibre xACT

필드 솔버 기생 추출 도구

필드 솔버 도구는 맥스웰 방정식 풀이를 기반으로 전자기장을 시뮬레이션하고 정확한 기생 값을 도출합니다. 이러한 솔버는 레이아웃의 3D 구조 및 재료 특성을 고려합니다. 일반적으로 FEM(유한 요소 방법), BEM(경계 요소 방법) 또는 FDM(유한 차분 방법)과 같은 수치 방법을 사용하여 매우 정확한 기생 추정치를 확보합니다. 이러한 도구는 특히 기생 효과가 중요한 고주파 설계나 복잡한 기하학적 구조에서 높은 정확도를 제공합니다. 하지만 계산 비용이 많이 들고 실행 시간이 길어 일부 설계 프로세스에서 병목 현상이 발생한다는 한계가 있습니다. 계산 비용은 크지만 정확도와 세부적인 기생 효과가 중요한 고급 응용 분야(RF, 아날로그, 혼합 신호 설계)에 필수적입니다.

예제 도구: Siemens의 Calibre xL 및 Calibre xACT 3D